淺談混凝土外加劑

劉志超 張俊強(qiáng)

摘 要：通過對混凝土外加劑的定義及歷史回顧，闡述了幾種混凝土外加劑的作用機(jī)理及未來混凝土外加劑的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：混凝土；外加劑；影響分析

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，混凝土外加劑已經(jīng)成為新型混凝土不可缺少的部分，混凝土外加劑的特點(diǎn)是品種多、摻量少，在改善新拌和硬化混凝土性能中起著重要的作用，又是混凝土改性的主要技術(shù)途徑，不同的外加劑可以使混凝土性能獲得不同程度的改善和提高。目前，外加劑對混凝土性能的影響研究和應(yīng)用雖有較大的成果，但仍有許多基礎(chǔ)研究、開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)值得進(jìn)一步探討。

1 定義及歷史回顧

1.1 定義

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTC/SC3對混凝土外加劑的定義如下：混凝土外加劑是在混凝土、砂漿、凈漿拌和時(shí)或在額外增加的拌合操作中摻加量等于或少于水泥重量5%，而使混凝土的正常性能得以按要求改性的一種產(chǎn)品。

1.2 歷史回顧

混凝土外加劑作為產(chǎn)品在混凝土中應(yīng)用的歷史約有60-70年

正式的工業(yè)產(chǎn)品始見于1910。到20世紀(jì)30年代，美國為提高路面混凝土質(zhì)量和耐久性而使用了“文沙樹脂”。真正的產(chǎn)品是1935年美國的E.W.Sexiptrt研制的以砂漿廢液中木質(zhì)硫酸鹽為主要成分的“普濁里”減水劑。1937年美國頒布了歷史上第一個(gè)減水劑的專利。1954年制定了第一批混凝土外加劑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

1962年日本花王石堿公司的服部健一首先研究成果了萘系減水劑，即麥地高效減水劑。1964年前西德又研制成功了以磺化三聚氰胺甲醛樹脂為主要成分的另一類高效減水劑“Meiment”

為滿足混凝土多種性能的要求，國外還大力發(fā)展兼有多種性能的復(fù)合多功能外加劑以及特殊性能的外加劑。

隨著混凝土中特殊性能要求而發(fā)展起來的速凝劑、緩凝劑、引氣劑、阻銹劑、防水劑、泵送劑、著色劑、脫模劑、養(yǎng)護(hù)劑、水化抑制劑等品種日益增加。目前國外總的外加劑品種在500種左右。

正是由于外加劑的特殊作用，引起了各國普遍的重視。尤其是發(fā)達(dá)國家和資源相對短缺的國家，更是把外加劑作為一種必不可少的保證技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的手段。

混凝土外加劑使用最普遍的國家有日本、澳大利亞、挪威、美國。這些國家80%以上的混凝土中應(yīng)用外加劑。而日本、澳大利亞已達(dá)100%。

2 幾種混凝土外加劑性能的影響分析

2.1 減水劑對混凝土性能的影響分析

作用機(jī)理混凝土減水劑的主要成分是表面活性劑，這些表面活性劑都屬于陰離子型表面活性劑。混凝土減水劑并不與水泥起化學(xué)反應(yīng)，減水劑對混凝土的作用主要是通過對新拌混凝土的塑化作用，其對新拌混凝土的塑化作用的機(jī)理主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：吸附分散作用、潤濕作用、潤滑作用。由于減水劑所起的吸附分散、潤濕和潤滑作用，只要使用較少量的水就可以很容易地將混凝土拌和均勻，使新拌混凝土和易性得到明顯改善，這就是減水劑對新拌混凝土的塑化、減水機(jī)理。

摻加減水劑對混凝土性能的影響分析

1）摻加減水劑對混凝土流動(dòng)性的影響?；炷恋牧鲃?dòng)性一般是由坍落度值表示的。在混凝土用水量和水泥用量不變的情況下，摻加減水劑可增大混凝土的坍落度。

2）摻加減水劑對混凝土含氣量的影響。絕大部分減水劑摻入混凝土中，會(huì)使混凝土的含氣量有所增加。

3）摻加減水劑對混凝土泌水率的影響。混凝土中摻入減水劑，尤其是引氣型減水劑，在相同和易性條件下，可顯著降低混凝土的泌水率，原因是混凝土的水灰比降低，以及混凝土的分散性得到提高。

4）摻加減水劑對混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響。摻加減水劑會(huì)延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，當(dāng)減水劑超量摻加時(shí)，將導(dǎo)致混凝土嚴(yán)重緩凝，甚至發(fā)生長時(shí)間不凝結(jié)現(xiàn)象，并且對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生較大的副作用。

5）對強(qiáng)度的影響。由于減水劑的摻入，可使混凝土在保持相同流動(dòng)性的情況下，大幅減小水灰比，因而，混凝土內(nèi)部水泥石的孔隙率減小，孔結(jié)構(gòu)得到改善，強(qiáng)度提高。

6）對彈性模量的影響。在保持相同水泥用量和相同坍落度情況下，摻加減水劑由于可以提高混凝土的強(qiáng)度，因而會(huì)增大彈性模量。

7）對碳化和抗鋼筋銹蝕性的影響。摻加減水劑，能夠減小混凝土水灰比，細(xì)化孔徑，增加混凝土的抗?jié)B透性，減小碳化速度，提高混凝土的抗鋼筋銹蝕性。

2.2 引氣劑對混凝土性能的影響分析

作用機(jī)理引氣劑的作用機(jī)理在于：在混凝土攪拌過程中能使其大量包裹微小的氣泡，而這些微小的氣泡又能穩(wěn)定地存在于混凝土體內(nèi)。引氣劑的作用機(jī)理包括以下方面：界面活性作用、起泡作用、穩(wěn)泡作用。

引氣劑對混凝土性能的影響分析

1）對混凝土和易性的影響。摻加引氣劑或引氣減水劑在混凝土中引入大量微小且獨(dú)立的氣泡，這種球狀氣泡能使混凝土的和易性得到較大改善。摻加引氣劑或引氣減水劑對新拌混凝土和易性的改善主要表現(xiàn)在坍落度增加、泌水離析現(xiàn)象減少等。

2）對混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響。由于引氣劑的摻量非常?。?.01%～0.1%），摻加引氣劑的混凝土，其凝結(jié)時(shí)間與不摻的相當(dāng)，差別不大。

3）對硬化混凝土性能的影響。從減水的結(jié)果來講，混凝土的強(qiáng)度會(huì)提高，而從引氣的角度來講，混凝土的強(qiáng)度一般是下降的。

因此，摻加引氣劑或引氣減水劑后對混凝土強(qiáng)度的影響是兩種作用的綜合結(jié)果。摻加引氣劑或引氣減水劑的混凝土，其彈性模量比不摻的普遍降低，且降低的幅度大于強(qiáng)度的變化幅度。其原因是由于水泥漿體中大量微小氣泡的存在，使?jié){體的彈性模量降低了。

3 混凝土外加劑的發(fā)展方向

3.1 研究開發(fā)新型外加劑

過去我國混凝土工程所用混凝土強(qiáng)度等級較低，高等級混凝土的用量較少，目前混凝土向高強(qiáng)高性能混凝土方向發(fā)展，要求混凝土具有很好的耐久性，提高混凝土耐久性關(guān)鍵之一是要求提高混凝土的密實(shí)性。因此制備高強(qiáng)高性能混凝土要求減水劑的減水率高，并使混凝土具有很好的工作性。

3.2 加強(qiáng)復(fù)合外加劑開發(fā)研究

復(fù)合外加劑是我國外加劑中重要的品種，但我國目前復(fù)合技術(shù)方面研究不夠，一些復(fù)合外加劑的摻量大，有些也未能實(shí)現(xiàn)某些外加劑的疊加效果。國外的復(fù)合外加劑產(chǎn)品很多，但其摻量普遍比我們低，在這方面還是有很多文章可做。

3.3 積極開發(fā)礦物外加劑（或稱摻合料）

配制高性能混凝土，摻礦物外加劑是一個(gè)重要技術(shù)措施。隨著高性能混凝土的研究和應(yīng)用，礦物外加劑將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。1997年上海磨細(xì)礦渣使用達(dá)6萬噸，這方面應(yīng)研究各種礦物外加劑性能對高性能混凝土的性能影響，制訂礦物外加劑標(biāo)準(zhǔn)。目前制訂標(biāo)準(zhǔn)的工作正在進(jìn)行。

4 結(jié)語

總之，由于混凝土外加劑種類繁多，工程技術(shù)要求不同，要正確合理地使用好混凝土外加劑。應(yīng)用混凝土外加劑的總體原則：一是要滿足技術(shù)需要，二是要有所經(jīng)濟(jì)效益，最好是兩者兼得，這樣才會(huì)達(dá)到又快又好的建設(shè)目的。

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